Dòng âm điện trong graphene dưới tác động của sóng điện từ
191 lượt xemDOI:
https://doi.org/10.54939/1859-1043.j.mst.113.2026.135-141Từ khóa:
Hiệu ứng âm – điện; Sóng âm bề mặt; Graphene hai chiều; Sóng điện từ; Phương trình động học lượng tử; Tán xạ điện tử-phonon âm.Tóm tắt
Graphene hai chiều đã thu hút sự quan tâm đáng kể nhờ các hành vi lượng tử độc đáo bắt nguồn từ quan hệ tán sắc năng lượng tuyến tính, trong đó hiệu ứng âm - điện (AE) nổi lên như một hiện tượng then chốt được thúc đẩy bởi động lực học của hạt tải điện dưới tác động của sóng âm bề mặt (SAW). Các mô hình cổ điển dựa trên phương trình động học Boltzmann, vốn hiệu quả ở nhiệt độ cao, đã không thể giải thích thỏa đáng các dữ liệu thực nghiệm ở nhiệt độ thấp. Nghiên cứu này áp dụng phương pháp phương trình động học lượng tử để phân tích dòng AE trong Graphene đơn lớp chịu tác động kết hợp của SAW và sóng điện từ (EMW). Chúng tôi thiết lập một công thức giải tích cho dòng AE, phản ánh đầy đủ sự tán xạ electron-phonon âm thông qua cơ chế thế biến dạng và làm sáng tỏ vai trò của SAW. Các mô phỏng số cho thấy dòng AE tăng phi tuyến theo nhiệt độ, đồng thời giảm mạnh khi vận tốc âm trong vật liệu và các tham số EMW tăng lên. Những xu hướng này nhấn mạnh tiềm năng điều khiển chính xác dòng AE thông qua các kích thích bên ngoài. Bằng cách tiến triển từ khung lý thuyết cổ điển sang lượng tử, nghiên cứu này mang lại cái nhìn sâu sắc hơn về các nguyên lý cơ bản của hiệu ứng AE trong Graphene hai chiều.
Tài liệu tham khảo
[1]. T. Ando, “Theory of electronic states and transport in carbon nanotubes”, Journal of the Physical Society of Japan, Vol. 74, No. 3, pp. 777–817, (2005). DOI: https://doi.org/10.1143/JPSJ.74.777
[2]. S. A. Yang, “Dirac and Weyl materials: Fundamental aspects and some spintronics applications”, Spin, Vol. 6, No. 2, (2016). DOI: https://doi.org/10.1142/S2010324716400038
[3]. Vl. A. Margulis and E. E. Muryumin, “Giant quantum oscillations of acoustoelectric current in narrow graphene nanoribbons”, Journal of Physics D: Applied Physics, Vol. 57, No. 7, p. 075304, (2024). DOI: https://doi.org/10.1088/1361-6463/ad098c
[4]. Vl. A. Margulis and E. E. Muryumin, “Surface acoustic wave amplification by drifting electrons in semiconducting epitaxial graphene on silicon carbide”, Journal of Physics D: Applied Physics, Vol. 58, No. 1, p. 015308, (2025). DOI: https://doi.org/10.1088/1361-6463/ad8007
[5]. N. V. Hieu et al., “The influence of the electromagnetic wave on the nonlinear quantum acoustoelectric current in a quantum well”, Progress In Electromagnetics Research, p. 541, (2013).
[6]. S. Y. Mensah, F. K. A. Allotey and N. G. Mensah, “Nonlinear acoustoelectric effect in a semiconductor superlattice”, Journal of Physics: Condensed Matter, Vol. 12, No. 24, pp. 5225–5232, (2000). DOI: https://doi.org/10.1088/0953-8984/12/24/313
[7]. B. K. Ridley, “Quantum processes in semiconductors”, Oxford University Press, (2013). DOI: https://doi.org/10.1093/acprof:oso/9780199677214.001.0001
[8]. N. W. Ashcroft and N. D. Mermin, “Solid state physics”, p. 403, (1976).
[9]. S. Nafees et al., “Acoustoelectric current in graphene due to electron deformation potential and piezoelectric phonon couplings”, Physica Scripta, Vol. 97, No. 4, p. 045705, (2022). DOI: https://doi.org/10.1088/1402-4896/ac5b42
[10]. S. H. Zhang et al., “Piezoelectric surface acoustical phonon limited mobility of electrons in graphene on a GaAs substrate”, Physical Review B—Condensed Matter and Materials Physics, Vol. 87, No. 7, p. 075443, (2013). DOI: https://doi.org/10.1103/PhysRevB.87.075443
[11]. V. Miseikis et al., “Acoustically induced current flow in graphene”, Applied Physics Letters, Vol. 100, No. 13, (2012). DOI: https://doi.org/10.1063/1.3697403
[12]. S. Mayorov et al., “How close can one approach the Dirac point in graphene experimentally?”, Nano Letters, Vol. 12, No. 9, pp. 4629–4634, (2012). DOI: https://doi.org/10.1021/nl301922d
[13]. S. Adam et al., “Theory of charged impurity scattering in two-dimensional graphene”, Solid State Communications, Vol. 149, No. 27–28, pp. 1072–1079, (2009). DOI: https://doi.org/10.1016/j.ssc.2009.02.041
[14]. S. Okuda et al., “Graphene surface acoustic wave sensor for simultaneous detection of charge and mass”, ACS Sensors, Vol. 3, No. 1, pp. 200–204, (2018). DOI: https://doi.org/10.1021/acssensors.7b00851
[15]. Y. Mou et al., “Coherent detection of the oscillating acoustoelectric effect in graphene”, Physical Review Letters, Vol. 134, No. 9, p. 096301, (2025). DOI: https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.134.096301
[16]. T. A. Tuan et al., “Two-dimensional graphene: Theoretical study of multi-photon non-linear absorption coefficient of a strong electromagnetic wave by using quantum kinetic equation”, Journal of the Physical Society of Japan, Vol. 92, No. 6, p. 064401, (2023). DOI: https://doi.org/10.7566/JPSJ.92.064401
[17]. W. M. Hartmann, “Signals, sound, and sensation”, Springer Science & Business Media, pp. 154–155, (2004).
[18]. L. Bandhu and G. R. Nash, “Temperature dependence of the acoustoelectric current in graphene”, Applied Physics Letters, Vol. 105, No. 26, (2014). DOI: https://doi.org/10.1063/1.4905222
[19]. R. Hanus et al., “Lattice softening significantly reduces thermal conductivity and leads to high thermoelectric efficiency”, Advanced Materials, Vol. 31, No. 21, p. 1900108, (2019). DOI: https://doi.org/10.1002/adma.201900108
